Samsung onthulde een solid-state batterij die een hoge energiedichtheid (942 Wh/L) combineert met een lange levensduur (1.000 cycli). De studie is gepubliceerd in een van 's werelds toonaangevende wetenschappelijke tijdschriften, de Nature Energy.
Deze batterijcel met zak maakt gebruik van een vaste elektrolyt en een lithiummetaalanode (zilver-koolstofcomposietlaag), waardoor deze zich onderscheidt van de huidige reguliere batterijen die vloeibare elektrolyten en grafiet-/siliciumanoden gebruiken.
De meest recente vooruitgang in de batterijtechnologie is bereikt door de kathodes te verbeteren. Het is leuk om eindelijk een aantal solide vorderingen te zien gemaakt in de anode- en elektrolytfronten.
Laten we het persbericht eens bekijken.
Op 9 maart in Londen presenteerden onderzoekers van het Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) en het Samsung R&D Institute Japan (SRJ) een studie over hoogwaardige, duurzame volledig solid-state batterijen aan Nature Energy, een van de 's werelds toonaangevende wetenschappelijke tijdschriften.
Vergeleken met veelgebruikte lithium-ionbatterijen, die vloeibare elektrolyten gebruiken, ondersteunen volledig solid-state batterijen een grotere energiedichtheid, wat de deur opent voor grotere capaciteiten, en gebruiken vaste elektrolyten, die aantoonbaar veiliger zijn. De lithiummetaalanoden die vaak worden gebruikt in volledig solid-state batterijen, zijn echter vatbaar voor de groei van dendrieten 1 die ongewenste bijwerkingen kunnen veroorzaken die de levensduur en veiligheid van een batterij verminderen.
Om die effecten te ondervangen, stelden de onderzoekers van Samsung voor om voor het eerst een zilver-koolstof (Ag-C) composietlaag als anode te gebruiken. Het team ontdekte dat het opnemen van een Ag-C-laag in een prototype van een zakcel de batterij in staat stelde een grotere capaciteit en een langere levensduur te ondersteunen en de algehele veiligheid verbeterde. Met een dikte van slechts 5 µm (micrometer) kon de ultradunne Ag-C nanocomposietlaag het team in staat stellen de anodedikte te verminderen en de energiedichtheid te verhogen tot 900 Wh/L. Het stelde hen ook in staat om hun prototype ongeveer 50 procent kleiner in volume te maken dan een conventionele lithium-ionbatterij.
Dit veelbelovende onderzoek zal naar verwachting bijdragen aan de uitbreiding van elektrische voertuigen (EV's). Met de prototype pouch-cel die het team ontwikkelde, zou een elektrische auto tot 800 km kunnen afleggen op een enkele lading, en heeft een levensduur van meer dan 1.000 ladingen.
Zoals Dongmin Im, Master bij SAIT's Next Generation Battery Lab en de leider van het project uitlegde:"Het product van deze studie zou een kiemtechnologie kunnen zijn voor veiligere, krachtigere batterijen van de toekomst. In de toekomst zullen we doorgaan met het ontwikkelen en verfijnen van volledig solid-state batterijmaterialen en productietechnologieën om de innovatie van EV-batterijen naar een hoger niveau te tillen.”
Het volledige onderzoek geeft ons meer details dan het persbericht.
Hoogtepunten:
SoH (State of Health) wordt gebruikt om het behoud van de batterijcapaciteit te meten.
Met dit soort volumetrische energiedichtheid zou de BMW i3, die momenteel NCM 622-batterijcellen van Samsung SDI gebruikt, een batterij van 89,9 kWh en een geschatte WLTP-bereik van 660 km kunnen krijgen. Hij zou nog een actieradius hebben van 627 km na 386.100 km [(660 + 627) / 2 x 600] en 587 km na 623.700 km [(660 + 587,4) / 2 x 1.000].
Samsung gebruikte voor dit onderzoek een NCM-kathode, wat tegenwoordig heel gebruikelijk is. Vaste elektrolyten en lithiummetaalanoden kunnen echter ook worden gecombineerd met kobaltvrije kathoden, zoals LFMP of LiFePO4, zoals we in ander onderzoek kunnen zien.
Ten slotte is het ook goed nieuws dat de solid-state batterijtechnologie dichter bij de productie lijkt te komen dan in 2016 werd verwacht, zoals we kunnen zien op de onderstaande roadmap voor batterijcellen.
BMW Group Technology Workshops – E-Mobility in december 2016
Zoals het nu gaat, lijkt het erop dat we in de niet zo verre toekomst solid-state batterijen zullen krijgen met lithium-metaalanoden in combinatie met hoge energiedichtheidskathodes (NCMA) en kobaltvrije kathoden (LFMP).
Je kunt het volledige artikel lezen dat is gepubliceerd op Nature Energy met de ontgrendelde Sci-Hub-link hieronder.
